Экспресс-методы ценки селекционного материала пшеницы по качеству зерна Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

УДК 633.11: [631.527:575]

ЭКСПРЕСС-МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ПШЕНИЦЫ ПО КАЧЕСТВУ ЗЕРНА

М.М. КОПУСЬ, доктор биологических наук, зав. лабораторией

ВНИИ сорго и других зерновых культур В.П. НЕЦВЕТАЕВ, доктор биологических наук, зав. отделом

Белгородский НИИСХ Е.М. КОПУСЬ, соискатель А.Р. МАРКАРОВА, аспирантка ВНИИ сорго и других зерновых культур О.В. НЕЦВЕТАЕВА, кандидат биологических наук, зав. отделом

Белгородский НИИСХ E-mail: kopus@stellberg.ru

Резюме. Представлена сравнительная оценка двух методов седиментации с додецилсульфатом натрия (SDS), используемых в селекционно-генетических исследованиях мягкой пшеницы для массового анализа. Установлено, что методика, используемая в Белгородском НИИСХ лучше отражает дифференциацию образцов по качеству, давая, в целом, более значимые статистические различия при сравнении действия аллелей (или сцепленных с ними генов) глиадинкодирующихло-кусов (Gld), контролирующих синтез запасных белков эндосперма, на показатель седиментации. Показано, что положительное влияние на качество связано с наличием аллелей Gld 1А12, 1В1, Ю4^Ю5, 6А3, 6B2, 6D2. Наибольшее снижение уровня седиментации обусловлено наличием ржаных транслокаций в геноме пшеницы, которые маркируются аллелями Gld 1B3 (1BL.1RS) и Gld 1А17 (1AL.1RS).

Ключевые слова: SDS-седиментация, пшеница, Gld ло-кусы, аллели.

Качество зерна — сложное количественное свойство, отражающее способность партий зерна формировать различную хлебопекарную продукцию. Оно зависит от двух составляющих. Это средовые факторы — обеспеченность растений азотным питанием, способствующим накоплению белка (клейковины) или ограничивающим его формирование; степень поражения вредным клопом черепашкой; метеорологические условия в период налива и созревания зерна; наследственные факторы

— способность генотипа формировать хорошую по физическим свойствам клейковину.

Эффективное использование наследственного полиморфизма по качеству невозможно без разработки и применения методов массового анализа селекционногенетического материала, а также без использования методов уменьшающих средовую изменчивость. К числу наиболее производительных, требующих небольшого количества материала относятся методы седиментации [1, 2, 3]. При работе с твердой пшеницей используется SDS-седиментация [4, 5, 6]. В последние годы она нашла применение и в исследованиях с мягкой пшеницей [7, 8, 9, 11].

Цель наших исследований — оценить метод SDS-седиментации, модифицированный для оценки качества

зерна мягкой пшеницы, по сравнению с методикой принятой во ВНИИСиЗК, которая разработана для оценки качества твердой пшеницы, сопоставить влияние аллелей глиадинкодирующих локусов на показатели SDS-седиментации при использовании этих методов, дать характеристику выявленных аллелей Gld-локусов по их вкладу в формирование изучаемого показателя качества.

Условия, материалы и методы. Для анализа качества зерна использовали образцы озимой мягкой пшеницы конкурсного испытания Белгородского НИИСХ урожая 2008 г., выращенного в Белгородском районе Белгородской области (п. Гонки).

Сравнительную оценку двух методов SDS-седиментации проводили на одном материале во ВНИИСиЗК согласно описанию [6] и в Белгородском НИИСХ по разработанной в Институте методике. Для реализации второго метода зерно размалывали на вальцовой мельнице «Квадрумат-Юниор» в соответствии с рекомендациями [3]. После этого в 100 мл мерный цилиндр отбирали навеску 3,2 г муки, добавляли 50 мл 2 %-ной уксусной кислоты, содержимое перемешивали покачиванием в течение 30 секунд и отстаивали 5 мин. Затем добавляли в цилиндр еще 50 мл раствора, содержащего 100 г SDS в 5 л 2 %-ной уксусной кислоты. Полученную смесь перемешивали покачиванием 10 сек., после чего отстаивали 5 мин. и проводили первый замер показателя седиментации (набухаемости). После этого процедуру (перемешивание — 10 сек. и отстаивание — 5 мин) повторяли еще раз и снимали второе показание объема набухшей суспензии. Средние показания считали характеристикой образца по этому виду анализа.

Электрофорез глиадинов проводили во ВНИИСиЗК в крахмальном геле, алюминий лактатном буфере (рН 3,1) по методике [12]. Идентификацию аллелей глиадинкодирующих локусов осуществляли в соответствии с каталогом [13].

Выборки из конкурного испытания для сравнения формировали в соответствии с результатам электрофоретического анализа. Существенность различий оценивали по критерию Стьюдента [10].

Результаты и обсуждение. Сопоставление данных по седиментации, полученных в Белгородском НИИСХ и ВНИИСиЗК, показало, что абсолютного совпадения результатов нет. Так, №252/08 в Белгороде характеризовался высоким показателем седиментации (80 мл), а в Зернограде — средним (52 мл). В целом по опыту средний уровень величины седиментации в Белгороде составил 68,52 мл, в Зернограде — 54,03 мл. Таким образом, методика, используемая в Белгородском НИИСХ, демонстрирует более высокие показатели седиментации, по сравнению с применяемой во ВНИИСиЗК. Коэффициент корреляции между ними 0,675 + 0,091 а = 7,38; п = 67).

Для более детальной оценки методов исследовали насколько совпадают результаты при группировке образцов в соответствии с аллельным состоянием по гли-адинкодирующим локусам ^И), которые контролируют синтез запасных белков эндосперма пшеницы (см. табл.). Это позволяет определить ценность аллелей та-

Таблица 1. Аллельное состояние глиадинкодирующих локусов и уровень показателя SDS-седиментации (КСИ-08)

Символы аллелей ЭШ локусов Число образ- цов Показатель седиментации, мл Отклонение от средней (+), мл Число образ- цов Показатель седиментации, мл Отклонение от средней (+), мл

БелНИИСХ, Белгород ВНИИСиЗК, Зерноград

1А2 20 69,53 + 1,74 Хромосома 1А +1,00 28 55,07 + 0,61 +1,01

1А3 9 65,44 + 3,36 -3,09 11 51,45 + 1,36 -2,61

1А4 26 69,04 + 2,05 +0,51 34 54,24 + 1,05 +0,18

1А12 б 75,40 + 1,40 +6,87 6 57,33 + 1,96 +3,27

1А17 4 58,50 + 2,39 -10,03 4 47,75 + 2,17 -6,31

Среднее 64 68,53 - 83 54,06 -

1В1 б3 71,33 + 1,21 Хромосома 1В +2,64 64 55,83 + 0,55 +1,18

1В3 9 56,33 + 1,85 -12,36 8 47,09 + 0,58 -7,56

1В4 3 59,33 + 3,18 -9,36 3 49,67 + 1,45 -4,98

Среднее 6б 68,69 - 75 54,65 -

1й1 12 64,54 + 2,18 Хромосома 1D -4,04 10 51,70 + 1,55 -2,20

1й2 в 67,81 + 3,72 -0,77 12 51,83 + 0,97 -2,07

104 10 72,10 + 3,51 +3,52 11 57,00 + 1,65 +3,10

1Э5 2в 69,20 + 1,83 +0,62 38 54,66 + 0,89 +0,76

Ю7 б 69,10 + 3,09 +0,52 6 51,17 + 1,92 -2,73

Среднее 63 68,58 - 77 53,90 -

6А1 в 60,56 + 2,24 Хромосома 6А -7,82 9 49,67 + 1,44 -3,18

6А3 60 69,43 + 1,27 +1,05 76 54,62 + 0,61 +1,77

Среднее 6в 68,38 87 52,85 -

6В1 32 66,95 + 1,69 Хромосома 6В -1,43 36 52,28 + 0,81 -1,76

6В2 36 69,65 + 1,68 +1,27 49 55,33 + 0,76 +1,29

Среднее 6в 68,38 - 85 54,04 -

6й1 3в 65,38 + 1,44 Хромосома 6D -2,71 48 51,98 + 0,54 -2,05

6й2 29 71,64 + 1,78 +3,55 37 56,68 + 0,97 +2,65

Среднее 67 68,09 - 85 54,03 -

ких локусов, как генетических маркеров качества зерна.

На основе представленных результатов можно провести ранжировку аллелей по вкладу в уровень величины седиментации и оценить существенность выявленных различий (см. рисунок).

Оценка влияния аллелей хромосомы 1А показала полное совпадение обоих методов. В то же время, уровень значимости выявленных различий в целом при использовании методики БелНИИСХ был выше, чем у метода, применяемого во ВНИИСиЗК. Так, аллель 1А12 в первом случае показал более высокую и значимую величину, при сравнении с 1А2. Тогда как по методу ВНИИСиЗК существенных различий между ними не выявлено. Следует отметить, что ранжировка аллелей в обоих случаях одинакова. То же относится и к хромосоме 1В. Аллель 1В1 показал более высокую величину седиментации, по сравнению с аллелем 1В4. При использовании методики БелНИИСХ различия были достоверны, а ВНИИС и ЗК

— нет. В целом же ранжировка аллелей 1В хромосомы по вкладу в уровень седиментации совпадает в обоих случаях.

Совершенно иная ситуация при рассмотрении действия аллелей, связанных с хромосомой 10. При использовании методики БелНИИСХ худшим по вкладу в уровень седиментации был аллель 101, а во ВНИИС и ЗК

— 107. Характерно, что седиментация генотипов с аллелем

1D7 по методике БелНИИСХ отличалась от носителей аллеля 1D4 несущественно, а во ВНИИСиЗК разница была достоверной. По хромосоме 6А результаты совпали и в обоих случаях были значимы. С аллелем 6А3 были связаны более высокие значения седиментации, чем с аллелем 6А1. По хромосоме 6В также расхождений между методами не было. Здесь с аллелем 6В2, по сравнению с 6В1, были получены повышенные величины седиментации. Однако по методу БелНИИСХ различия оказались несущественными, а во ВНИИСиЗК — достоверными. Возможно, это связано с меньшей выборкой в БелНИИСХ, по сравнению с ВНИИСиЗК (n=65 и n=85 соответственно). По 6D хромосоме более высокий уровень седиментации отмечен у генотипов, несущих аллель 6D2. Различия были значимы при использовании обоих методов анализа.

Таким образом, наиболее высоким качеством должны обладать носители аллеля 1А12, который характерен для высококачественных сортов мягкой озимой пшеницы типа Селянки одесской. В то же время у носителей аллеля 1А17, в частности сорта Amigo, отмечается пониженное качество зерна, так как он связан с ржаной транслокацией 1AL.1RS. Ржаная транслокация 1BL.1RS также приводит к ухудшению качества зерна. Она характерна для носителей аллеля 1В3, например сорта Синтетик. Сорта с аллелями 1D4, 1D5 и 1D7 хромосомы 1D отличаются более высоким качеством, по сравнению с генотипами, несущими другие аллели хрмосомы 1D. Эти данные, полученные методом БелНИИСХ, совпадают с результатами исследований [14]. Аналогичное заключение можно отнести также к аллелям хромосом 6А, 6В и 6D. Корреляционный анализ показал отсутствие существенной связи между показателем седиментации по методике БелНИИСХ и степенью поражения вредным клопом черепашкой. Так, в 2007 г она составила +0,19 (n=68), а в 2008 г — -0,07 (n=74).

В целом представленные материалы свидетельствуют о большей эффективности метода, используемого в БелНИИСХ, по сравнению с методикой [6].

Выводы. В целом представленные материалы показывают большие различия в показателях седиментации между выделенными по аллелям G/d-локусов группами образцов пшеницы при использовании метода БелНИИСХ, по сравнению с методикой [6]. Это свидетельствуют о его большей эффективности при оценке качества зерна мягкой пшеницы. В ходе исследований выделены аллели гли-

а)

в)

-5,9-

-6,4’

16,9

7,6*-

-0,5-

10,5

-3,0-

4,6-

-3,6-

-6,9-

2,9-

-0,1-

1,3-

-3,3-

12 (75,4) > А2 (69,5) = А4 (69,0) > АЗ (65,4) > А17 (58,5)

<--------------4,1----------------->■

<-------------------------10*-------------------------->

----------1Г

БелНИИСХ

----- 9,5”----

3,1 -

-2,2-

-0,9-

-2,7-

6,4’

-3,7-

/2(57,3) > Л2 (55,1) = А4 (54,2) > ^3 (51,5) > Л/7 (47,8)

<------------3,6-------------->

<---------------------5,8*-

б)

- 7,3 -ВНИИС и ЗК

<--------15,0 -----------►

В1 (71,3) > В4 (59,3) > ВЗ (56,3)

<----12,0"—► <------3,0 —

БелНИИСХ

8,7***-

В1 (55,8) > В4 (49,7) > ВЗ (47,1)

<-----6,1—> <-----2,6—►

ВНИИС и ЗК

D4 (72,1) > D5 (69,2) = D7 (69,1) > D2 (67,8) > D1 (64,5;

<--------------1,3---------------->

<-------------------------4,3--------------------------►

4,7-

БелНИИСХ

5,8

5,2-

0,6-

-2,3-

-2,9-

-0,1-

-0,5-

D4 (57,0) > D5 (54,7) > D2 (51,8) = D1 (51,7) > D 7 (51,2

<--------------3,0----------------->

<-------------------------5,3------------------------->

3,5-

г)

ВНИИС и ЗК

АЗ (69,4) >А1 (60,6) АЗ (54,6) > А1 (49,7) «----8,8*—---> «—4,9*-->

БелНИИСХ

ВНИИС и ЗК

д)

В2 (69,7) > В1 (67,0) В2 (55.3) > В1 (52.3) <--------2,7--------> <-----3,0*------->

БелНИИСХ

ВНИИС и ЗК

е)

D2 (71,6) = D1 (65,4) D2 (56,7) =D1 (52,0) «---------6,2”--------> ,-----4.7*---------->

БелНИИСХ

ВНИИС и ЗК

Рисунок. Уровень показателей SDS седиментации (мл) мягкой пшеницы в зависимости от аллельного состояния глиадинкодирующих локусов шести хромосом при использовании разных методов анализа (различия существенны при уровнях значимости: * — 95%, ** — 99%, *** — 99,9%): а) хромосома 1А; б) хромосома 1В; в) хромосома 1D; г) хромосома 6А; д) хромосома 6В; е) хромосома 6D

адинкодирующих локусов с положительным и негативным Зерно лучшего качества обеспечивает выращивание сор-

влиянием на качество, что крайне важно учитывать при тов, генотипы которых, несут аллели Gld 1A12, 1B1, 1D4,

селекции мягкой пшеницы на продовольственные цели. 6A3, 6B2, 6D2.

Литература.

1. Zeleny L. Wheat sedimentation test // Cereal Science Today. — 1962. — V. 7. No. 7. — P. 226-230.

2. Пумпянский А.Я. Технологические свойства мягких пшениц. Л: Колос. — 1971. — 320 с.

3. Созинов А.А., Блохин Н.И., Василенко И.И. и др. Методические рекомендации по оценке качества зерна. М. — 1977. — 172 с.

4. Dick J.W. and Quick J.S. A modified screening test for rapid estimation of gluten strength in early — generation durum

wheat breeding lines // Cereal Chemistry. — 1983. — V. 60. — No. 4. — P. 315-318.

5. Казаков Е.Д. Методы оценки качества зерна. М. — 1987. — 217 с.

6. Васильчук Н.С. Селекция яровой твердой пшеницы. Саратов. - 2001. — С. 63-66.

7. Бебякин В.М., Бунтина М.В. Эффективность оценки качества зерна яровой мягкой пшеницы по SDS-тесту // Вестник сельскохозяйственной науки. — 1991. — №1. — С. 68-70.

8. Carter B.P., Morris C.F. and Anderson J.A. Optimizing the SDS sedimentation test for end-use quality selection in a soft white and club wheat breeding program // Cereal Chemistry. — 1999. — V. 76. — No. 6. — P. 907-911.

9. Рибалка O.I., Червоніс М.В., Топораш І.Г. и др. Наукове обгрунтовання розробки нових методів оцінки хлiбопекарськоъ

якості борошна пшениці //Хранение и переработка зерна. — 2006. — № 1 (79). — С. 43-48.

10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос. — 1968. — 335 с.

11. Рибалка О.І. Поневіряння екс-прес-методу седиментацъ Б0Б30 при визначенні якості зерна й борошна пшениці / / Зерно і хліб. — 2008. — № 1.

12. Созинов А.А., Попереля Ф.А. Методика вертикального дискового электрофореза белков в крахмальном геле // Информационный бюллетень СЭВ. — Прага, 1974. Вып. 1. — С. 135-144.

13. Попереля Ф.О. Три основні генетичні системи якостъ зерна озимоъ м’якоъ пшениці // Реалізация потенційних можливостей сортів та гибридів селекцийно-генетичного институту в умовах Украъни, Одесса, 1996. — С. 117-132.

14. Копусь М.М. Полиморфизм белков зерна и селекция озимой пшеницы // Автореф. дисс... докт. биол. наук. — Краснодар, 1998. — 48 с.

EXPRESS METHODS OF WHEAT BREEDING MATERIALS ESTIMATION ON SEED QUALITY M.M. Kopus, V.P. Netsvetaev, E.M. Kopus, A.R. Markarova, O.V. Netsvetaeva

Summary. Two methods of SDS sedimentation test were estimated. The method using by Belgorod Research Institute of Agricultural was most effective for analyses of common wheat seed quality. The positive effects on level of sedimentation test were connected with following gliadincoding alleles: Gld 1A12, 1B1, 1D4-1D5, 6A3, 6B2 and 6D2. Translocations 1BL.1RS and 1AL.1RS were identified by Gld 1B3 and Gld 1A17 alleles, accordingly. These genetic factors given the most negative effects on seed quality.

Key words: SDS sedimentation test, common wheat, Gld-loci, alleles.

УДК 631.527, 633.491, 632.911.4, 632.76

ТРАДИЦИОННАЯ СЕЛЕКЦИЯ - ЭКОЛОГИЧНЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ КАРТОФЕЛЯ ОТ КОЛОРАДСКОГО ЖУКА

И.С. МАРДАНШИН, кандидат биологических наук, зав. лабораторией

Башкирский НИИСХ

Р.И. ИБРАГИМОВ, доктор биологических наук, професор

И. А. УМАРОВ, аспирант Башкирский ГУ

Г.В. БЕНЬКОВСКАЯ, доктор биологическихнаук,стар-ший научный сотрудник

М.Б. УДАЛОВ, кандидат биологических наук, научный сотрудник

Институт биохимии и генетики УНЦ РАН Е-таіІ: bagrl@ufanet.ru

Резюме. Приводятся результаты полевых экспериментов по изучению сезонной динамики численности колорадского жука на растениях картофеля устойчивых и неустойчивых к повреждению фитофагом сортов и гибридов. Показано, что некоторые полученные методом традиционной селекции сорта и гибриды картофеля (сорт Башкирский, гибриды 4270-63 и 4292-149) способны сохранять урожайность при превышении вредителем порога вредоносности, что позволяет считать их перспективным фактором снижения численности колорадского жука в современной системе защиты растений картофеля.

Ключевые слова: сорта картофеля, колорадский жук, селекция, устойчивость, защита растений

Картофель в России - один из основных продуктов

питания населения, который возделывается повсеместно. В личных подсобных хозяйствах выращивается около 90 % валового производства этой культуры [1 и др]. В среднем потребление картофеля составляет 132 кг на человека. Возделывание его на приусадебных участках в условиях монокультуры приводит к массовому размножению основного вредителя - колорадского жука. Использование инсектицидов для его уничтожения ведет к загрязнению окружающей среды, аккумуляции пестицидов в продуктах питания, формированию устойчивых популяций насекомых [2]. Наряду с другими факторами окружающей среды средства химизации вносят определенный вклад в обострение санитарно-экологической обстановки в стране, что приводит к ухудшению качества жизни большинства населения [3]. При этом обширный генофонд растений сочетающий в себе устойчивость одновременно к нескольким патогенам создает реальную возможность для проведения успешной селекции картофеля на устойчивость к колорадскому жуку [4]. Использование сортов с высокой с устойчивостью к поражению этим вредителем снимет необходимость массового применения инсектицидов, создаст комфортную среду обитания населения.

Цель наших исследований - оценить потери урожая картофеля от повреждения ботвы колорадским жуком при возделывании различных по устойчивости к вредителю сортов, изучить активность развития, плодовитость и выживаемость вредителя при питании листьями изучаемых сортов картофеля и определить возможность возделывания культуры без применения химических средств защиты от вредителей.

Условия, материалы и методы. Исследования